Miniproject : Boost coverter (5-12)

 Miniproject : Boost convertor (DC-DC 5V to 12V)

ชื่อ นายกฤติน  กีรติมนัสวิน  5730304021

ชื่อ นายวิศรุต โสมะเกษตริน  5730304811

จากทฤษฎี

วงจรทบระดับแรงดันหรือวงจรบูสต์คอนเวอร์เตอร์  (Boost Converter) ดังที่แสดงในรูปคือวงจรที่ทำการเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้า โดยแรงดันด้านขาออกจะมีค่าสูงกว่าแรงดันด้านขาเข้า 

รูป วงจรทบระดับแรงดันไฟฟ้า

การวิเคราะห์การทำงานของวงจรทดระดับแรงดันในสภาวะคงที่  ได้มีการกำหนดเงื่อนไขในการทำงานของวงจร เพื่อให้ง่ายต่อการวิเคราะห์ดังนี้

           1.      กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำ ณ ตำแหน่งเดียวกันในแต่ละคาบจะมีค่าเป็นบวกและมีค่าเท่ากันเสมอ ดังสมการ

          2.    แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำแต่ละคาบจะเท่ากับศูนย์ ดังสมการ 

            3.   ตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่เพื่อทำให้แรงดันด้านขาออกมีค่าคงที่

            4.   กำลังไฟฟ้าด้านขาเข้าเท่ากับแรงดันไฟฟ้าด้านขาออก ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของวงจรเป็นหนึ่งร้อยเปอร์เซนต์

หลักการทำงานของวงจรทบระดับแรงดันเพื่อให้แรงดันด้านขาออกมีค่าตามต้องการ จะเริ่มต้นที่ข้อกำหนดคือ แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำในแต่ละคาบจะเท่ากับศูนย์และสามารถหาค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำได้โดยวิเคราะห์การทำงานของสวิตช์ในแต่ละโหมดการทำงานในสภาวะคงที่ 

เมื่อ switch on

       จากรูป เมื่อสวิตช์นำกระแส กระแสจากแหล่วงจ่ายฟ้ากระแสตรงจะไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำผ่านสวิตช์ซึ่งทำให้ตัวเหนี่ยวนำประจุพลังงานไฟฟ้า ขณะเดียวกันไดโอดจะถูกกระตุ้นให้ทำงานย้อนกลับทำให้ไม่สามารถนำกระแสได้จากกฎของเคอร์ชอฟฟ์ 

เมื่อ switch OFF

        จากรูป เมื่อสวิตช์ไม่นำกระแสตัวเหนี่ยวนำจะคืนพลังงานผ่านทางไดโอดและโหลดทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่อง 

จากสูตรจะคำนวณหาค่า L(ขดลวดเหนี่ยวนำ) , C(ตัวเก็บประจุ) ที่เหมาะสมเพื่อแปลงแรงดัน(V) จาก 5V เป็น 12V ดังนี้

  

*กำหนดค่า Ripple หรือ ค่าระลอกคลื่น = 0.01

  f(ความถี่) = 20000 Hz 

  หา D(duty cycle)  = 1 - (Vin/Vout)

                               = 1 - (5/12)
                               = 0.583

  หา  L   = (Vin*Ripple*D)/f
            = (5 * 0.01 * 0.583)/20k
       L   = 1.45 mH

  หา C    = (Io*Ripple*D)/f

            = ( 2*0.583*0.01)/20k

      C    = 6.32 mF

การกำหนดค่าSquare wave voltage source
กำหนดค่า
Vpeak_peak       เท่ากับ   5 V
ความถี่                เท่ากับ  20000Hz 
ค่า Duty cycle     เท่ากับ   0.583

เมื่อคำนวณหาค่าที่เหมาะสมแล้วนำมาเขียนวงจรใน PSIM

วงจรทบแรงดันไฟฟ้า(Boost converter)

 กราฟแสดงแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าขาออก(Vs,Vout)

กราฟแสดงแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่ขดลวดเหนี่ยวนำ(VL,IL)

กราฟแสดงแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สวิตซ์ (Vsw,Isw)

วิจารณ์และสรุปผล

วงจรทบแรงดันไฟฟ้าหรือBoost converter ทำหน้าที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้า จนทำให้แรงดันไฟฟ้าขาออกมากกว่าเข้า โดยใช้ขดลวดเหนี่ยวนำ,ตัวเก็บประจุฯลฯ และการต่อวงตามรูปดังล่าว จนทำให้สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าได้นั้นเป็นผลมาจากขดลวดเหนี่ยวนำ,ตัวเก็บประจุที่ต่อตามวงจรดังกล่าว ซึ่งการแปลงแรงดันไฟฟ้าจาก 5-12V นี้ แรงดดันไฟฟ้าที่ 12V สามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็กได้

เอกสารที่เกี่ยวข้อง

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Boost_converter

http://www.learnabout-electronics.org/PSU/psu32.php

http://www.academia.edu/9099986/Power_Electronics_unit_7_